Metrologia

Spis treści

1. Wstęp

1.1. Metrologia (metron – miara, logos – słowo, nauka) jest działem nauki zajmującym się teoretycznymi podstawami pomiarów i ilościową oceną zjawisk fizycznych. W wymiarze technicznym metrologia opisuje metody i urządzenia pomiarowe w zakresie ich właściwego przygotowania, wykonywania pomiarów i zasadami interpretacji uzyskanych wyników.
     Metrologia prawna jest to dział metrologii odnoszący się do działań, które wynikają z wymagań ustawowych i dotyczą pomiarów, jednostek miar, przyrządów pomiarowych i metod pomiarowych, przeprowadzanych przez kompetentne organy. Zasadniczym zadaniem metrologii prawnej jest zapewnienie jednolitości pomiarów.
     Przyjmując za podstawę klasyfikacji naturę fizyczną wielkości mierzonej lub naturę fizyczną nośnika sygnału pomiarowego, metrologię można podzielić na: elektryczną, mechaniczną, radiacyjną, optyczną i akustyczną.
     Wraz z rozwojem mikroelektroniki, informatyki i techniki mikroprocesorowej nastąpił znaczny postęp w realizacji wielu nowych metod pomiarowych i technik mierzenia.
     Wśród czynników decydujących o skali przemian w metrologii do podstawowych należy bez wątpienia intensywny rozwój: przemysłu aparatury pomiarowej, metod i aparatury do pomiarów wielkości nieelektrycznych metodami elektrycznymi oraz coraz większa powszechność systemów pomiarowych opartych na układach elektrycznych (elektronicznych).
     Z tych właśnie względów współczesną metrologię daje się sprowadzić do metrologii elektrycznej.
     Działalność państwowej służby metrologii prawnej lub innych organów do tego upoważnionych, polega na stwierdzeniu i zaświadczeniu, że narzędzie pomiarowe całkowicie spełnia wymagania przepisów legalizacyjnych; obejmuje sprawdzenie i ocechowanie narzędzia pomiarowego lub wydanie świadectwa legalizacyjnego. Legalizacje narzędzi pomiarowych w Polsce przeprowadza Główny Urząd Miar (GUM) i podległe mu jednostki organizacyjne, a także instytucje upoważnione przez GUM.
      Całokształt spraw związanych z metrologią i wymaganiami dotyczącymi przyrządów pomiarowych reguluje Ustawa z dnia 11 maja 2001 Prawo o Miarach (Dz.U. Nr 63 z 2001 r., poz.636 z póżn. zm.), która stanowi, że przyrządy pomiarowe podlegają kontroli metrologicznej GUM, w formie zatwierdzenia typu, legalizacji pierwotnej i legalizacji ponownej (dawne uwierzytelnianie).

1.2. Miernictwo elektryczne
     Miernictwo elektryczne jest działem metrologii obejmującej zarówno pomiary wielkości elektrycznych (bezpośrednio: napięcie, prąd, rezystancję), jak i wielkości nieelektrycznych metodami elektrycznymi (np. temperaturę, liczbę obrotów, i innych za pośrednictwem odpowiednich przetworników).
Współczesne miernictwo elektroniczne obejmuje:

a) elektroniczne (analogowe i cyfrowe) przyrządy do pomiarów wielkości elektrycznych,
b) metody pomiarowe związane z zastosowaniem elektronicznych przyrządów pomiarowych,
c) pomiary parametrów elementów, podzespołów i przyrządów elektronicznych oraz
d) systemy pomiarowe.

Pomiarem badanych wielkości nazywa się doświadczalne porównanie określonej wielkości mierzalnej z wzorcem tej wielkości, przyjętym umownie za jednostkę miary, którego wynikiem jest przyporządkowanie wartości liczbowej mówiącej ile razy wielkość mierzona jest większa lub mniejsza od wzorca. Według Międzynarodowego słownika podstawowych terminów w metrologii , pomiar jest to zbiór operacji mających na celu wyznaczenie wartości badanych wielkości.

Pomiary wielkości elektrycznych: napięcia, natężenia prądu, mocy i pracy prądu itd. wykonuje się urządzeniami, w których wykorzystuje się zjawiska towarzyszące przepływowi prądu elektrycznego: cieplne, chemiczne i magnetyczne. Z praktycznego punktu widzenia największe znaczenie dla pomiarów elektrycznych mają zjawiska magnetyczne i związane z tym siły działające w polu magnetycznym prądu.
     Wykonanie pomiaru powinno być poprzedzone wyborem właściwej metody pomiarowej i układu pomiarowego, dobraniem odpowiednich przyrządów pomiarowych oraz zastosowaniem niezbędnych środków zapewniających bezpieczne wykonanie pomiarów.

Metoda pomiarowa określa sposób porównania wielkości mierzonej z wzorcem tej wielkości zastosowanych w pomiarach, celem wyznaczenia wyniku pomiaru. Stosuje się różne metody pomiarowe w zależności od: rodzaju wielkości mierzonej, wymaganej dokładności, sposobu opracowania wyników i warunków pomiaru (np. laboratoryjne, przemysłowe, terenowe) oraz różne zasady klasyfikacji metod pomiarowych.

     Wyróżnia się następujące metody pomiarowe:

bezpośrednia – wynik otrzymujemy bezpośrednio z odczytu jego wskazań bez wykonywania obliczeń (np. pomiar rezystancji),
pośrednia – wartość wielkości mierzonej otrzymuje się pośrednio na podstawie bezpośrednich pomiarów innych wielkości związanych z nią zależnością (np. pomiar metodą techniczną),
różnicowa – to metoda porównawcza, przy której w układzie pomiarowym występuje wzorzec wielkości o wartości zbliżonej do wielkości mierzonej.

     Wybór właściwej metody pomiarowej i układu pomiarowego polega na dobraniu odpowiednich przyrządów pomiarowych oraz zastosowaniu niezbędnych środków zapewniających bezpieczne wykonanie pomiarów.

1.3. Prawna kontrola metrologiczna urządzeń pomiarowych
     Prawna kontrola metrologiczna to działanie zmierzające do wykazania, że przyrząd pomiarowy spełnia wymagania określone we właściwych przepisach.
     Zgodnie z art. 8 pkt. 2 ustawy z dnia 11 maja 2001 r. – Prawo o miarach – prawnej kontroli metrologicznej podlegają przyrządy pomiarowe, które mogą być stosowane:

1) w ochronie zdrowia, życia i środowiska,
2) w ochronie bezpieczeństwa i porządku publicznego,
3) w ochronie praw konsumenta,
4) przy pobieraniu opłat, podatków i innych należności budżetowych oraz ustalaniu opustów, kar umownych, wynagrodzeń i odszkodowań, a także przy pobieraniu i ustalaniu podobnych należności i świadczeń,
5) przy dokonywaniu kontroli celnej,
6) w obrocie.
(…)

     W ramach prawnej kontroli metrologicznej przeprowadza się następujące badania:

1) Legalizacja jednostkowa – jest legalizacją pierwotną przyrządu pomiarowego w wykonaniu jednostkowym, skonstruowanego dla określonego, szczególnego zastosowania. Okres ważności zatwierdzenia typu wynosi dziesięć lat, o ile przepisy odrębne nie stanowią inaczej.
Legalizacja to zespół czynności obejmujących sprawdzenie, stwierdzenie i poświadczenie dowodem legalizacji, że przyrząd pomiarowy spełnia wymagania. Legalizacja pierwotna al-bo legalizacja jednostkowa przyrządu pomiarowego jest dokonywana na wniosek producenta, jego upoważnionego przedstawiciela lub importera.
2) Legalizacja ponowna przyrządu pomiarowego jest dokonywana na wniosek użytkownika lub wykonawcy naprawy lub instalacji przyrządu pomiarowego. Świadectwo legalizacji, o ile jest wydane, powinno być dołączone do przyrządu pomiarowego wprowadzonego do obrotu lub użytkowania.
3) Badanie typu to zespół czynności mających na celu wykazanie czy przyrząd pomiarowy danego typu spełnia wymagania, stanowiące podstawę zatwierdzenia typu.

Zatwierdzenie typu to potwierdzenie, w drodze decyzji, że typ przyrządu pomiarowego spełnia stawiane mu wymagania.

▲ do góry

2. Międzynarodowy Układ Jednostek Miar

     Międzynarodowy Układ Jednostek Miar w skrócie „Układ SI” (Systeme International), został przyjęty na XI Generalnej Konferencji Miar w 1960 roku (w Polsce od 1966 r.).
     Jest to układ jednostek miar oparty na siedmiu jednostkach podstawowych.

Metr (m) – jest długością równą 1 650 763,73 długości fali promieniowania w próżni odpowiadającego przejściu między poziomami 2p10 a 5d5 atomu kryptonu 86;
Kilogram (kg) – jest masą międzynarodowego wzorca tej jednostki przechowywanego w Międzynarodowym Biurze Miar w Sevres pod Paryżem;
Sekunda (s) – jest czasem trwania 9 192 631 770 okresów promieniowania odpowiadającego przejściu między dwoma nadsubtelnymi poziomami stanu podstawowego atomu cezu 133;
Amper (A) – jest natężeniem prądu elektrycznego nie zmieniającego się, który płynąc w dwóch równoległych przewodach prostoliniowych nieskończenie długich o przekroju okrągłym, znikomo małym, umieszczonych w próżni – wywoływałby między tymi przewodami siłę równą 2∙10-7 N na każdy metr długości przewodu;
Kelwin (K) – jest 1/273,16 częścią temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody.(Temperatura 0 K jest równa temperaturze −273,15 °C);
Kandela (cd) – jest światłością, którą ma w kierunku prostopadłym pole 1/600 000 m2 powierzchni ciała doskonale czarnego,promieniującego w temperaturze krzepnięcia platyny pod ciśnieniem 101325 N/m2 (czyli dawnej 1 atmosfery fizycznej);
Mol – jest ilością substancji układu zawierającego liczbę cząsteczek lub cząstek równą liczbie atomów zawartych w masie 0,012 kg (dokładnie) czystego nuklidu węgla. (od roku 1971).

Jednostki pochodne:
     Na XX Generalnej Konferencji Miar w 1995 r. została podjęta rezolucja H włączająca radian i steradian do zbioru jednostek pochodnych.

Radian – jest jednostką uzupełniającą układu SI oznaczającą miarę kąta płaskiego. Jest to kąt płaski równy kątowi między dwoma promieniami koła, wycinającymi z okręgu tego koła łuk o długości równej promieniowi;
Steradian – jest jednostką uzupełniającą układu SI określającą wartość kąta bryłowego. Jest to kąt bryłowy o wierzchołku w środku kuli, wycinający z powierzchni tej kuli pole równe kwadratowi jej promienia.

▲ do góry

3. System oceny zgodności wyrobów

     Przepływ towarów pomiędzy państwami członkowskimi Unii Europejskiej, w ramach wspólnego rynku europejskiego, wymagał ujednolicania (harmonizacji) przepisów tak, aby były one jednakowe na całym obszarze Unii Europejskiej. Odbywa się to poprzez dyrektywy, które nakładają na państwa członkowskie obowiązek wydania w określonym terminie własnych przepisów krajowych, wprowadzających w życie treść dyrektyw.
     Po 1985 roku wprowadzono w Unii Europejskiej tzw. Nowe Podejście do harmonizacji przepisów technicznych, które ułatwia i przyspiesza ujednolicanie różnorodnych krajowych uregulowań w dziedzinie bezpieczeństwa wyrobów przemysłowych. Dyrektywy Nowego Podejścia zawierają tylko zasadnicze wymagania związane z bezpieczeństwem, zdrowiem, ochroną konsumenta i ochroną środowiska. Pozostałe szczegóły techniczne zawarte są w odpowiednich, zharmonizowanych normach europejskich (EN). Każda z dyrektyw Nowego Podejścia nakłada obowiązek umieszczenia na podlegających jej wyrobach oznakowania „CE”.
     Obowiązek spełnienia wymagań wynikających z dyrektyw ciąży na producencie danego wyrobu. W szczególności musi on samodzielnie ocenić, czy jego wyrób podlega danej dyrektywie. Następnie producent musi wyprodukować wyrób zgodnie z odpowiednimi wymaganiami dyrektywy i normami zharmonizowanymi oraz poddać go odpowiedniej procedurze oceny zgodności. Jeśli konkretna dyrektywa dla danego typu wyrobu wymaga udziału jednostki certyfikującej (tzw. jednostki notyfikowanej), należy wybrać taką jednostkę i uzyskać od niej odpowiedni certyfikat.      Po wypełnieniu wszystkich przewidzianych w danej dyrektywie procedur producent zawsze samodzielnie i na własną odpowiedzialność umieszcza na wyrobie oznakowanie „CE”.
     Wymagania dotyczące systemu oceny zgodności wyrobów (w tym elektrycznych), uregulowane w następujących aktach prawnych:

1) Ustawa z dnia 30 sierpnia 2002 r. o systemie oceny zgodności [Dz.U.10.138.935];
2) Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 21 sierpnia 2007 r. w sprawie zasadniczych
wymagań dla sprzętu elektrycznego [Dz.U.07.155.1089 z późn. zm];
3) Dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady;
4) Wykaz Polskich Norm zharmonizowanych.

▲ do góry